第五章 多机器人系统(200874)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在自然界的蚂蚁、蜜蜂等昆虫群体中，个体的 能力有限，但从它们的交互中却呈现了智能行 为。
通过人工模拟昆虫社会，有助于群智能机器人 系统的研究。
2020/10/6
5
群智能机器人系统
Collective Robotics 实验系统
该系统将许多简单的机器人组织成一个团体 来完成一些有意义的工作，例如：推箱子
的一种混合结构
2020/10/6
12
感知
智能机器人的感知包括感觉和理解两方面问题。 在多机器人系统当中，由于各机器人分散于环
境当中，整个系统获取的信息更加丰富。在一 些需要多机器人合作进行的工作中，各机器人 不仅仅需要处理本身传感器所获得的信息，而 且需要将其它机器人的传感信息与自身传感信 息进行融合以获得对外部环境的正确理解。
2020/10/6
6
群智能机器人系统
The Nerd Herd 系统
由20个机器人组成，机器人上装有抓手、红 外传感器和接触传感器，可用于大规模机器 人群行为实验。
2020/10/6
7
自重构机器人系统
自重构机器人：以一些具有不同功能的 标准模块为组件，根据任务的需要，对 这些模块进行组合，进而形成具有不同 功能的系统。
2020/10/6
20
基于分布式人工智能的多移动机器人控制理论
➢ 分布式的问题解决(DPS) ➢ MAS(Multi-Agent System)理论
2020/10/6
21
基于分布式系统的多移动机器人控制理论
➢ 分布式计算理论 ➢ 基于Petri网的多机器人建模与控制理论
2020/10/6
22
基于生物学的多移动机器人控制理论
RoboCup
2020/10/6
10
多机器人系统研究的主要内容
群体体系结构 感知 通信 协调协作机制 性能评价
2020/10/6
11
群体体系结构
集中式：通常有一个主控机器人。 分散式：没有主控机器人存在。
分布式：各机器人之间的关系是平等的。 分层式：介于集中式结构与分布式结构之间
2020/10/6
15
分层分级协作
在实际的应用中，各层次的协调协作控 制并不一定单独存在于系统中，多机器 人系统通常因任务的需求而包含了多个 不同层次的协调协作控制。许多协调协 作算法、规则可以应用于不同层次上系 统的控制与交互。由不同层次的协调协 作算法、协议构建而成的多机器人系统 协调协作机制可以有效地提高系统效率、 增强系统容错性。
➢ 基于生物学的多机器人协调控制原理：应用一 些从生物社会中得到的简单控制规则，在多机 器人系统中开发相似的行为。
➢ 基于行为的控制方法
2020/10/6
23
国内研究综述
➢ 上海交通大学(席裕庚、陈卫东、曹其新) ➢ 中科院自动化所（谭民） ➢ 中科院沈阳自动化所(谈大龙、王越超) ➢ 哈尔滨工业大学（洪炳熔） ➢ 中南大学（蔡自兴）
多机器人系统有以下显著特性：
更广泛的任务领域 容错 鲁棒性 更低的经济成本 分布式的感知与作用 内在的并行性
2020/10/6
3
几种典型的多机器人系统
群智能机器人系统 自重构机器人系统 协作机器人系统 机器人足球赛
2020/10/6
4
群智能机器人系统
群智能机器人机器人系统是由许多无差别的自 治机器人组成的分布式系统，它主要研究如何 使能力有限的个体机器人通过交互产生群体智 能。
2020/10/6
24
5.3 基于智能体通信的多移动 机器人协调控制体系结构
2020/10/6
16
性能评价
由于多机器人系统所需完成的各种任务的要求、 目标的不同，对同一多机器人系统性能的评价 也不一致。如何来确立多机器人系统性能评价 的标准是一个有意义的问题。
对于多机器人系统的性能评价主要集中于系统 的模块化、可扩展性、并行性、可维护性、灵 活性、实时性、可靠性以及系统的效率等某一 方面或某几方面问题的定性研究、定量分析。
通常来说，多机器人系统的定量分析较定性分 析更难一些。
2020/10/6
17ຫໍສະໝຸດ Baidu
5.2 多移动机器人系统
由于移动机器人在多机器人系统中最具 一般性和普适性，也是多机器人系统应 用领域不断扩展下的主要需求之一，因 此，本章以移动机器人为具体对象，对 多机器人系统展开讨论。
2020/10/6
18
多移动机器人控制系统的理论研究
CEBOT
2020/10/6
8
协作机器人系统
协作机器人系统是由多个具有一定智能 的自治机器人组成，机器人之间通过通 信实现相互间的协作，以完成复杂的任 务。
中科院沈阳自动化所的MRCAS协作装配 系统
2020/10/6
9
机器人足球赛
在机器人足球赛中，不同的机器人之间 的关系是对抗的、竞争的；同队的机器 人之间则是合作的、互助的；且协作的 实时性强。
2020/10/6
13
通信
“通信”是机器人之间进行交互和组织的 基础。通过通信，多机器人系统中各机 器人了解其它机器人的意图、目标和动 作，以及当前环境状态等信息，进而进 行有效地磋商，协作完成各项任务。
隐式通信 显式通信
2020/10/6
14
协调协作机制
多机器人系统研究中的一个重要问题就 是如何实现各机器人之间的协调协作。 多机器人系统的协调协作机制与系统的 群体体系结构、个体体系结构、感知、 通信和学习等方面的研究密切相关。
➢ 基于常规控制算法的多移动机器人控制理论
➢ 基于分布式人工智能的多移动机器人控制理论
➢ 基于分布式系统的多移动机器人控制理论
➢ 基于生物学的多移动机器人控制理论
➢ 国内研究综述
2020/10/6
19
基于常规控制算法的多移动机器人控制理论
➢ 经典反馈控制律
➢ 分散式系统控制理论
➢ ISS (Input-to-State Stability)理论和LFS (Leaderto-Formation Stability)理论
第五章 多机器人系统
目录
5.1 引言 5.2 多移动机器人系统 5.3 基于智能体通信的多移动机器人协调控制
体系结构 5.4 基于闭环控制律的多移动机器人运动协调 5.5 基于群集控制律的多移动机器人运动协调 5.6 研究展望
2020/10/6
2
5.1 引言
多机器人技术（multiple robotics）是机器人学 发展的一个新方向
通过人工模拟昆虫社会，有助于群智能机器人 系统的研究。
2020/10/6
5
群智能机器人系统
Collective Robotics 实验系统
该系统将许多简单的机器人组织成一个团体 来完成一些有意义的工作，例如：推箱子
的一种混合结构
2020/10/6
12
感知
智能机器人的感知包括感觉和理解两方面问题。 在多机器人系统当中，由于各机器人分散于环
境当中，整个系统获取的信息更加丰富。在一 些需要多机器人合作进行的工作中，各机器人 不仅仅需要处理本身传感器所获得的信息，而 且需要将其它机器人的传感信息与自身传感信 息进行融合以获得对外部环境的正确理解。
2020/10/6
6
群智能机器人系统
The Nerd Herd 系统
由20个机器人组成，机器人上装有抓手、红 外传感器和接触传感器，可用于大规模机器 人群行为实验。
2020/10/6
7
自重构机器人系统
自重构机器人：以一些具有不同功能的 标准模块为组件，根据任务的需要，对 这些模块进行组合，进而形成具有不同 功能的系统。
2020/10/6
20
基于分布式人工智能的多移动机器人控制理论
➢ 分布式的问题解决(DPS) ➢ MAS(Multi-Agent System)理论
2020/10/6
21
基于分布式系统的多移动机器人控制理论
➢ 分布式计算理论 ➢ 基于Petri网的多机器人建模与控制理论
2020/10/6
22
基于生物学的多移动机器人控制理论
RoboCup
2020/10/6
10
多机器人系统研究的主要内容
群体体系结构 感知 通信 协调协作机制 性能评价
2020/10/6
11
群体体系结构
集中式：通常有一个主控机器人。 分散式：没有主控机器人存在。
分布式：各机器人之间的关系是平等的。 分层式：介于集中式结构与分布式结构之间
2020/10/6
15
分层分级协作
在实际的应用中，各层次的协调协作控 制并不一定单独存在于系统中，多机器 人系统通常因任务的需求而包含了多个 不同层次的协调协作控制。许多协调协 作算法、规则可以应用于不同层次上系 统的控制与交互。由不同层次的协调协 作算法、协议构建而成的多机器人系统 协调协作机制可以有效地提高系统效率、 增强系统容错性。
➢ 基于生物学的多机器人协调控制原理：应用一 些从生物社会中得到的简单控制规则，在多机 器人系统中开发相似的行为。
➢ 基于行为的控制方法
2020/10/6
23
国内研究综述
➢ 上海交通大学(席裕庚、陈卫东、曹其新) ➢ 中科院自动化所（谭民） ➢ 中科院沈阳自动化所(谈大龙、王越超) ➢ 哈尔滨工业大学（洪炳熔） ➢ 中南大学（蔡自兴）
多机器人系统有以下显著特性：
更广泛的任务领域 容错 鲁棒性 更低的经济成本 分布式的感知与作用 内在的并行性
2020/10/6
3
几种典型的多机器人系统
群智能机器人系统 自重构机器人系统 协作机器人系统 机器人足球赛
2020/10/6
4
群智能机器人系统
群智能机器人机器人系统是由许多无差别的自 治机器人组成的分布式系统，它主要研究如何 使能力有限的个体机器人通过交互产生群体智 能。
2020/10/6
24
5.3 基于智能体通信的多移动 机器人协调控制体系结构
2020/10/6
16
性能评价
由于多机器人系统所需完成的各种任务的要求、 目标的不同，对同一多机器人系统性能的评价 也不一致。如何来确立多机器人系统性能评价 的标准是一个有意义的问题。
对于多机器人系统的性能评价主要集中于系统 的模块化、可扩展性、并行性、可维护性、灵 活性、实时性、可靠性以及系统的效率等某一 方面或某几方面问题的定性研究、定量分析。
通常来说，多机器人系统的定量分析较定性分 析更难一些。
2020/10/6
17ຫໍສະໝຸດ Baidu
5.2 多移动机器人系统
由于移动机器人在多机器人系统中最具 一般性和普适性，也是多机器人系统应 用领域不断扩展下的主要需求之一，因 此，本章以移动机器人为具体对象，对 多机器人系统展开讨论。
2020/10/6
18
多移动机器人控制系统的理论研究
CEBOT
2020/10/6
8
协作机器人系统
协作机器人系统是由多个具有一定智能 的自治机器人组成，机器人之间通过通 信实现相互间的协作，以完成复杂的任 务。
中科院沈阳自动化所的MRCAS协作装配 系统
2020/10/6
9
机器人足球赛
在机器人足球赛中，不同的机器人之间 的关系是对抗的、竞争的；同队的机器 人之间则是合作的、互助的；且协作的 实时性强。
2020/10/6
13
通信
“通信”是机器人之间进行交互和组织的 基础。通过通信，多机器人系统中各机 器人了解其它机器人的意图、目标和动 作，以及当前环境状态等信息，进而进 行有效地磋商，协作完成各项任务。
隐式通信 显式通信
2020/10/6
14
协调协作机制
多机器人系统研究中的一个重要问题就 是如何实现各机器人之间的协调协作。 多机器人系统的协调协作机制与系统的 群体体系结构、个体体系结构、感知、 通信和学习等方面的研究密切相关。
➢ 基于常规控制算法的多移动机器人控制理论
➢ 基于分布式人工智能的多移动机器人控制理论
➢ 基于分布式系统的多移动机器人控制理论
➢ 基于生物学的多移动机器人控制理论
➢ 国内研究综述
2020/10/6
19
基于常规控制算法的多移动机器人控制理论
➢ 经典反馈控制律
➢ 分散式系统控制理论
➢ ISS (Input-to-State Stability)理论和LFS (Leaderto-Formation Stability)理论
第五章 多机器人系统
目录
5.1 引言 5.2 多移动机器人系统 5.3 基于智能体通信的多移动机器人协调控制
体系结构 5.4 基于闭环控制律的多移动机器人运动协调 5.5 基于群集控制律的多移动机器人运动协调 5.6 研究展望
2020/10/6
2
5.1 引言
多机器人技术（multiple robotics）是机器人学 发展的一个新方向